FR2609214A1

FR2609214A1 - Broadband antenna usable for metre waves

Info

Publication number: FR2609214A1
Application number: FR8618355A
Authority: FR
Inventors: Ivan Wolk
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1986-12-30
Filing date: 1986-12-30
Publication date: 1988-07-01
Also published as: FR2609214B1

Abstract

The invention relates to radiating-wire antennas, usable in particular for metre waves. The radiating part 1 of the antenna includes two or three wires 2, 3 regularly distributed over the generators of a cone with downward-pointing tip. To reduce the standing wave ratio, capacitors C1-C4, C1'-C4' are inserted in the radiating wires. Between the radiating part 1 and the supply line F, a transformer T provides for impedance matching. Application, in particular, to metre wave links and to low-power decametre wave radio broadcasting antennas.

Description

ANTENNE A LARGE BANDE, UTILISABLE
EN ONDES METRIQUES
La présente invention se rapporte aux antennes à large bande, utilisables en particulier, en ondes métriques, c'est-à-dire dans la bande dite VHF, d'après les initiales des mots anglo-saxons "Very
High Frequency".BROADBAND ANTENNA, USEFUL
IN METRIC WAVES
The present invention relates to broadband antennas, which can be used in particular in VHF, that is to say in the so-called VHF band, from the initials of the English words "Very
High Frequency ".

La présente invention se rapporte plus particulièrement à une antenne de faible encombrement, facile à réaliser, donc d'un prix de revient peu élevé, et présentant, entre autres, un diagramme de rayonnement vertical stable. The present invention relates more particularly to a compact antenna, easy to produce, therefore of low cost, and having, among other things, a stable vertical radiation pattern.

Pour réaliser une antenne VHF de faible encombrement il est connu d'utiliser une antenne fouet courte afin d'assurer une bonne stabilité du diagramme de rayonnement et, afin d'éviter un R.O.S. To make a compact VHF antenna it is known to use a short whip antenna in order to ensure good stability of the radiation pattern and, in order to avoid an R.O.S.

(rapport d'onde stationnaire, appelé standing-wave ration ou S.W.R.(standing wave ratio, called standing-wave ration or S.W.R.

dans la littérature anglo-saxonne) trop élevé, il est connu d'utiliser un atténuateur série dans la boîte d'antenne pour masquer le R.O.S.in Anglo-Saxon literature) too high, it is known to use a serial attenuator in the antenna box to mask the R.O.S.

vu par Pémetteur couplé à l'antenne. Cet atténuateur réduit le rendement de l'antenne et dégrade donc le bilan de la liaison effectuée avec cette antenne.seen by the transmitter coupled to the antenna. This attenuator reduces the efficiency of the antenna and therefore degrades the balance of the link made with this antenna.

I1 est également connu d'utiliser une antenne fouet associée à des circuits d'adaptation d'impédance, préréglés par bandes de fréquences; un dispositif de commutation, déclenché en fonction des fréquences de Pémetteur couplé à l'antenne, assure la mise en service du circuit d'adaptation correspondant à la bande de fréquences de travail. Cette solution donne de bons résultats en particulier pour la largeur de bande mais elle est plus coûteuse et plus vulnérable aux pannes que la précédente, du fait qu'elle nécessite plus de circuits et que ces circuits doivent être commutés. It is also known to use a whip antenna associated with impedance matching circuits, preset by frequency bands; a switching device, triggered as a function of the frequencies of the transmitter coupled to the antenna, ensures the commissioning of the adaptation circuit corresponding to the working frequency band. This solution gives good results in particular for the bandwidth but it is more expensive and more vulnerable to breakdowns than the previous one, because it requires more circuits and these circuits must be switched.

Il est aussi proposé d'utiliser une antenne fouet dans laquelle des réactances, surtout du type condensateurs, sont insérées en série le long du fouet dans le but de réduire le R.O.S. dans la bande des fréquences de travail. Cette solution permet d'obtenir une bonne largeur de bande à condition d'utiliser un fouet de longueur suffi sante: de une à plusieurs fois la longueur d'onde correspondant à la fréquence centrale de travail; par contre cette grandeur longueur de fouet est incompatible avec une bonne stabilité du diagramme de rayonnement vertical. It is also proposed to use a whip antenna in which reactances, especially of the capacitor type, are inserted in series along the whip in order to reduce the R.O.S. in the working frequency band. This solution makes it possible to obtain a good bandwidth provided that a whip of sufficient length is used: from one to several times the wavelength corresponding to the central working frequency; on the other hand, this length of whip length is incompatible with good stability of the vertical radiation diagram.

La présente invention a pour but d'éviter ou, pour le moins, de réduire les inconvénients susmentionnés. The present invention aims to avoid or, at least, reduce the aforementioned drawbacks.

Ceci est obtenu par une géométrie particulière d'antenne et en utilisant des réactances localisées. This is obtained by a particular antenna geometry and by using localized reactances.

Selon l'invention une antenne conique à large bande, utilisable, en particulier, en ondes métriques, comportant une partie rayonnante avec n (n entier supérieur à 1 et inférieur à 4) brins rayonnants régulièrement disposés selon des génératrices d'un cône à pointe tournée vers le bas, est caractérisée en ce que l'angle au sommet du cône est inférieur à 30 degrés et en ce qu'elle comporte: des condensateurs insérés dans les brins pour réduire le rapport d'onde stationnaire dans la bande de fonctionnement de l'antenne, et un transformateur d'impédance branché entre la partie rayonnante, un plan de sol et une ligne d'alimentation, pour assurer une adap tation impédance entre la partie rayonnante et la ligne d'alimentation. According to the invention a conical broadband antenna, usable, in particular, in VHF, comprising a radiating part with n (n integer greater than 1 and less than 4) radiating strands regularly arranged according to generatrices of a cone with point facing down, is characterized in that the angle at the top of the cone is less than 30 degrees and in that it comprises: capacitors inserted in the strands to reduce the standing wave ratio in the operating band of the antenna, and an impedance transformer connected between the radiating part, a ground plane and a supply line, to ensure an impedance adaptation between the radiating part and the supply line.

La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et de la figure s'y rapportant qui représente une antenne selon l'invention. The present invention will be better understood and other characteristics will appear with the aid of the description below and the related figure which represents an antenna according to the invention.

La figure représente une antenne avec sa partie rayonnante, 1, et sa ligne d'alimentation F (feeder dans la littérature anglosaxonne) à laquelle elle est couplée par un circuit d'adaptation T. The figure shows an antenna with its radiating part, 1, and its feed line F (feeder in Anglo-Saxon literature) to which it is coupled by an adaptation circuit T.

L'antenne décrite est destinée à travailler dans la bande 3090 MHz; la partie rayonnante 1 se compose de deux brins rayonnants, rectilignes (2, 3), disposés en V dans un plan vertical et peut donc être considérée comme une antenne conique à pointe tournée vers le bas et dont les deux brins sont régulièrement répartis selon deux génératrices d'un cône. La longueur des brins est de 2,37 mètres ce qui correspond à 0,4 fois la longueur d'onde relative à la fréquence de 52 MHz qui est la fréquence centrale dans la bande de travail -nsidérée; l'angle que font les deux brins est de 7 degrés. The antenna described is intended to work in the band 3090 MHz; the radiating part 1 is composed of two radiating strands, rectilinear (2, 3), arranged in V in a vertical plane and can therefore be considered as a conical antenna with point turned downwards and whose two strands are regularly distributed in two generators of a cone. The length of the strands is 2.37 meters which corresponds to 0.4 times the wavelength relating to the frequency of 52 MHz which is the central frequency in the working band considered; the angle made by the two strands is 7 degrees.

Chacun brins comporte cinq tronçons conducteurs séparés par des cone. sateurs; les éléments, dont les valeurs sont indiquées ciaprès, se Trouvent ainsi en série pour constituer, de la base vers le sommet be l'antenne, respectivement dans les brins 2 et 3:
- deux tronçons conducteurs Al, Al' de 41 cm chacun;
- deux condensateurs C1, Cl1 de 17,9 pF,
- deux tronçons A2, A2' de 45 cm,
- x condensateurs C2, C2' de 182 pF,
tronçons A3, A3' de 45 cm,
- condensateurs C3, C3' de78 pF,
- I tronçons A4, A4' de 45 cm,
rl condensateurs C4, C4' de 47 pF,
- ae;x tronçons AS, A5' de 59 cm.Each strand has five conductive sections separated by cones. sators; the elements, the values of which are indicated below, are thus found in series to constitute, from the base towards the top of the antenna, respectively in the strands 2 and 3:
- two conductive sections Al, Al 'of 41 cm each;
- two capacitors C1, Cl1 of 17.9 pF,
- two sections A2, A2 'of 45 cm,
- x capacitors C2, C2 'of 182 pF,
sections A3, A3 'of 45 cm,
- capacitors C3, C3 'of 78 pF,
- I sections A4, A4 'of 45 cm,
rl capacitors C4, C4 'of 47 pF,
- ae; x AS, A5 'sections of 59 cm.

Les conducteurs constituant ces tronçons ont un diamètre de 10 mm et sont en cuivre; les condensateurs sont des condensateurs classiques, soudés sur les extrémités des tronçons. Dans une autre version, actuellement à l'étude, les tronçons sont en fibres de verre métallisées et les condensateurs sont obtenus par insertion de rondelles de diélectrique entre les extrémités en regard de deux tronçons successifs. The conductors constituting these sections have a diameter of 10 mm and are made of copper; the capacitors are conventional capacitors, soldered to the ends of the sections. In another version, currently under study, the sections are made of metallized glass fibers and the capacitors are obtained by inserting dielectric washers between the ends opposite two successive sections.

Le circuit d'adaptation T disposé entre la base de l'antenne 1 et le sol, S, est constitué par un transformateur à large bande, du type quadrupleur d'impédance, réalisé sous forme d'un bobinage à point milieu monté sur un tore en ferrite; il permet l'adaptation entre l'impédance caractéristique de la ligne d'alimentation F, d'une valeur de 50 ohms, et l'impédance d'entrée, d'une valeur de 200 ohms, de l'antenne qui vient d'être décrite.Ce circuit d'adaptation amène une inductance de 1 microhenry sur l'entrée de l'antenne; avec cette inductance et les valeurs de condensateurs qui ont été indiquées plus avant le R.O.S. a été rendu au maximum égal à 2,6 dans la bande de fonctionnement de l'antenne, avec un diagramme de rayonnement vertical très stable; comparé au gain d'un fouet vertical, au sol, d'une longueur égale au quart de la longueur d'onde relative à la fréquence centrale de travail, le gain de cette antenne est inférieur de 0,06 dB à 30 MHz et supérieur de 0,22, 0,64, 1,21, 1,86, 2,30 et 1 dB respectivement aux fréquences 40, 49, 59, 69, 78 et 90 MHz. The adaptation circuit T arranged between the base of the antenna 1 and the ground, S, is constituted by a broadband transformer, of the impedance quadruple type, produced in the form of a mid-point winding mounted on a ferrite toroid; it allows the adaptation between the characteristic impedance of the supply line F, of a value of 50 ohms, and the input impedance, of a value of 200 ohms, of the antenna which has just be described. This adaptation circuit brings an inductance of 1 microhenry on the input of the antenna; with this inductance and the capacitor values which have been indicated earlier in the R.O.S. has been made maximum 2.6 in the antenna operating band, with a very stable vertical radiation pattern; compared to the gain of a vertical whip, on the ground, of a length equal to a quarter of the wavelength relative to the central working frequency, the gain of this antenna is less than 0.06 dB at 30 MHz and higher 0.22, 0.64, 1.21, 1.86, 2.30 and 1 dB respectively at frequencies 40, 49, 59, 69, 78 and 90 MHz.

L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, c'est ainsi que le nombre de tronçons dans un brin peut être différent de quatre et que l'angle du V peut être différent de 7 degrés sans toutefois dépasser 30 degrés; de même il peut être envisagé de réaliser une antenne à -trois brins rayonnants régulièrement disposés selon les génératrices d'un cône dont la pointe serait tournée vers le bas et dont l'angle au sommet serait faible: inférieur à 30 degrés; la' aussi il faudrait sectionner les brins à l'aide de condensateurs et prévoir un transformateur d'impédance, en optimisant les valeurs des condensateurs et de l'inductance amenée par le transformateur pour rendre minimum le R.O.S. maximum dans la bande des fréquences de travail de l'antenne. The invention is not limited to the example described, thus the number of sections in a strand can be different from four and the angle of the V can be different from 7 degrees without however exceeding 30 degrees; similarly, it can be envisaged to produce an antenna with three radiating strands regularly arranged along the generatrices of a cone whose tip would be turned downwards and whose angle at the top would be small: less than 30 degrees; the 'also it would be necessary to section the strands using capacitors and provide an impedance transformer, optimizing the values of the capacitors and the inductance brought by the transformer to minimize the R.O.S. maximum in the antenna working frequency band.

L'antenne selon la présente invention est destinée à équiper des stations fixes ou mobiles assurant des liaisons en ondes métriques; elle est également destinée à constituer des antennes de radiodiffusion à petite puissance, notamment dans la bande des ondes décamétriques. The antenna according to the present invention is intended to equip fixed or mobile stations providing VHF links; it is also intended to constitute low-power broadcasting antennas, especially in the HF band.

Claims

1. Broadband conical antenna, usable, in particular, in VHF, comprising a radiating part (1) with n (n integer greater than 1 and less than 4) radiating strands (2, 3) regularly arranged according to generatrices d '' a cone with point downwards, characterized in that the angle at the top of the cone is less than 30 degrees and in that it comprises: capacitors (C1-C4, C1'-C4 ') inserted in the strands to reduce the standing wave ratio in the antenna operating band, and an impedance transformer (T) connected between the radiating part (1), a ground plane (S) and a supply line (F), to ensure an impedance matching between the radiating part and the supply line.

2. Antenna according to claim 1, characterized in that n is equal to 2, the radiating strands (2, 3) constituting a vertical V.

3. Antenna according to claim 2, characterized in that the impedance transformer (T) is an impedance quadruple.